Verbrennung: Physikalisch-Chemische Grundlagen, Modellierung Und Simulation, Experimente, Schadstoffentstehung

ISBN-13: 9783540421283 / Niemiecki / Twarda / 2001 / 326 str.

Jurgen Warnatz; Ulrich Maas; Robert W. Dibble

Opis

Das Fachbuch Verbrennung vermittelt einen Uberblick uber die Grundlagen von Verbrennungsprozessen und tragt zu einem Verstandnis ihrer Auswirkungen auf praktische Anwendungen bei. In den ersten Kapiteln finden sich die physikalisch-chemischen Grundlagen. Anhand verschiedener laminarer Flammentypen werden die Wechselwirkungen zwischen chemischer Reaktionskinetik, molekularen Transportprozessen und Stromung beschrieben. Bei der Behandlung turbulenter Verbrennungsprozesse werden aktuelle Verfahren zur Beschreibung der Kopplung zwischen chemischer Reaktion und turbulentem Stromungsfeld verwendet. Anwendungen sind das Motorklopfen und die Schadstoffbildung. Die dritte Auflage wurde im Hinblick auf die aktuelle Forschung erweitert und aktualisiert."

Spis treści

Grundlegende Begriffe und Phänomene.- 1.1 Einleitung.- 1.2 Einige grundlegende Begriffe.- 1.3 Grundlegende Flammentypen.- 1.4 Übungsaufgaben.- Experimentelle Untersuchungen von Flammen.- 2.1 Geschwindigkeitsmessungen.- 2.2 Dichtemessungen.- 2.3 Konzentrationsmessungen.- 2.4 Temperaturmessungen.- 2.5 Druckmessungen.- 2.6 Messung von Partikelgrößen.- 2.7 Simultane Anwendung verschiedener Laser-Diagnostiken.- 2.8 Übungsaufgaben.- Mathematische Beschreibung laminarer flacher Vormischflammen.- 3.1 Erhaltungsgleichungen für laminare flache Vormischflammen.- 3.2 Wärme- und Stofftran sport.- 3.3 Die Beschreibung einer laminaren flachen Vormischflammenfront.- 3.4 Übungsaufgaben.- Thermodynamik von Verbrennungsvorgängen.- 4.1 Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik.- 4.2 Standard-Bildungsenthalpien.- 4.3 Wärmekapazitäten.- 4.4 Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik.- 4.5 Der Dritte Hauptsatz der Thermodynamik.- 4.6 Gleichgewichtskriterien und Thermodynamische Funktionen.- 4.7 Gleichgewicht in Gasmischungen; Chemisches Potential.- 4.8 Bestimmung von Gleichgewichtszusammensetzungen in der Gasphase.- 4.9 Bestimmung adiabatischer Flammentemperaturen.- 4.10 Tabellierung thermodynamischer Daten.- 4.11 Übungsaufgaben.- Transportprozesse.- 5.1 Einfache physikalische Deutung der Transportprozesse.- 5.2 Wärmeleitung.- 5.3 Viskosität.- 5.4 Diffusion.- 5.5 Thermodiffusion, Dufour-Effekt und Druckdiffusion.- 5.6 Vergleich mit dem Experiment.- 5.7 Übungsaufgaben.- Chemische Reaktionskinetik.- 6.1 Zeitgesetz und Reaktionsordnung.- 6.2 Zusammenhang von Vorwärts-und Rückwärtsreaktion.- 6.3 Elementarreaktionen, Reaktionsmolekularität.- 6.4 Experimentelle Untersuchung von Elementarreaktionen.- 6.5 Temperaturabhängigkeit von Geschwindigkeitskoeffizienten.- 6.6 Druckabhängigkeit von Geschwindigkeitskoeffizienten.- 6.7 Oberflächenreaktionen.- 6.8 Übungsaufgaben.- Reaktionsmechanismen.- 7.1 Eigenschaften von Reaktionsmechanismen.- 7.1.1 Quasistationarität.- 7.1.2 Partielle Gleichgewichte.- 7.2 Analyse von Reaktionsmechanismen.- 7.2.1 Empfindlichkeitsanalyse.- 7.2.2 Reaktionsflussanalysen.- 7.2.3 Eigenwertanalysen von chemischen Reaktionssystemen.- 7.3 Steifheit von gewöhnlichen Differentialgleichungssystemen.- 7.4 Vereinfachung von Reaktionsmechanismen.- 7.5 Radikalkettenreaktionen.- 7.6 Übungsaufgaben.- Laminare Vormischflammen.- 8.1 Vereinfachte thermische Theorie der Flammenfortpflanzung von Zeldovich.- 8.2 Numerische Lösung der Erhaltungsgleichungen.- 8.2.1 Ortsdiskretisierung.- 8.2.2 Anfangs-und Randwerte, Stationarität.- 8.2.3 Explizite Lösungsverfahren.- 8.2.4 Implizite Lösungsverfahren.- 8.2.5 Semi-implizite Lösung von partiellen Differentialgleichungen.- 8.2.6 Implizite Lösung von partiellen Differentialgleichungen.- 8.3 Flammenstrukturen.- 8.4 Flammengeschwindigkeit.- 8.5 Empfindlichkeitsanalyse.- 8.6 Übungsaufgaben.- Laminare nicht-vorgemischte Flammen.- 9.1 Nicht-vorgemischte Gegenstromflammen.- 9.2 Nicht-vorgemischte Strahlflammen.- 9.3 Nicht-vorgemischte Flammen mit schneller Chemie.- 9.4 Übungsaufgaben.- Zündprozesse.- 10.1 Vereinfachte thermische Theorie der Explosion von Semenov.- 10.2 Thermische Theorie der Explosion von Frank-Kamenetskii.- 10.3 Selbstzündungsvorgänge: Zündgrenzen.- 10.4 Selbstzündungsvorgänge: Induktionszeit.- 10.5 Fremdzündung, Mindestzündenergie.- 10.6 FunkenzUndung.- 10.7 Detonationen.- 10.8 Übungsaufgaben.- Die Navier-Stokes-Gleichungen für dreidimensionale reaktive Strömungen.- 11.1 Die Erhaltungsgleichungen.- 11.1.1 Erhaltung der Gesamtmasse.- 11.1.2 Erhaltung der Speziesmassen.- 11.1.3 Erhaltung des Impulses.- 11.1.4 Erhaltung der Energie.- 11.2 Die empirischen Gesetze.- 11.2.1 Das Newtonsche Schubspannungsgesetz.- 11.2.2 Das Fouriersche Wärmeleitfähigkeitsgesetz.- 11.2.3 Ficksches Gesetz und Thermodiffusion.- 11.2.4 Ermittlung von Transportkoeffizienten aus molekularen Eigenschaften.- 11.3 Einige Definitionen und Gesetze aus der Vektor- und Tensorrechnung..- 11.4 Übungsaufgaben.- Turbulente reaktive Strömungen.- 12.1 Einige Grunderscheinungen.- 12.2 Direkte Numerische Simulationen.- 12.3 Turbulenzmodellierung: Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen (PDF)...- 12.4 Turbulenzmodellierung: Zeit-und Favre-Mittelung.- 12.5 Gemittelte Erhaltungsgleichungen.- 12.6 Turbulenzmodelle.- 12.7 Mittlere Reaktionsgeschwindigkeiten.- 12.8 „Eddy-Break-U“-Modelle.- 12.9 „Large-Eddy“-Simulation (LES).- 12.10 Turbulente Skalen.- 12.11 Übungsaufgaben.- Turbulente nicht-vorgemischte Flammen.- 13.1 Nicht-vorgemischte Flammen mit Gleichgewichts-Chemie.- 13.2 Nicht-vorgemischte Flammen mit endlich schneller Chemie.- 13.3 Flammenlöschung.- 13.4 PDF-Simulationen turbulenter nicht-vorgemischter Flammen.- 13.5 Übungsaufgaben.- Turbulente Vormischflammen.- 14.1 Charakterisierung turbulenter vorgemischter Flammen.- 14.2 „Flamele“-Behandlung.- 14.3 Turbulente Flammengeschwindigkeit.- 14.4 Flammenlöschung.- 14.5 Weitere Modelle turbulenter vorgemischter Verbrennung.- 14.6 Übungsaufgaben.- Verbrennung flüssiger und fester Brennstoffe.- 15.1 Tröpfchen- und Spray-Verbrennung.- 15.1.1 Verbrennung von Einzeltröpfchen.- 15.1.2 Verbrennung eines Sprays.- 15.2 Kohleverbrennung.- Motorklopfen.- 16.1 Grundlegende Phänomene.- 16.2 Hochtemperatur-Oxidation.- 16.3 Niedertemperatur-Oxidation.- 16.4 Klopfschäden.- 16.5 Übungsaufgaben.- Stickoxid-Bildung.- 17.1 Thermisches NO (Zeldovich-NO).- 17.2 Promptes NO (Fenimore-NO).- 17.3 Über Distickstoffoxid erzeugtes NO.- 17.4 Konversion von Brennstoff-Stickstoff in NO.- 17.5 NO-Reduktion durch primäre Maßnahmen: Stufung, Magerverbrennung.- 17.6 Primäre Maßnahmen: Katalytische Verbrennung.- 17.7 NO-Reduktion durch sekundäre Maßnahmen: Stationäre Anlagen.- 17.8 NO-Reduktion durch sekundäre Maßnahmen: Motoren.- Bildung von Kohlenwasserstoffen und Ruß.- 18.1 Unverbrannte Kohlenwasserstoffe.- 18.1.1 Flammenlöschung durch Streckung.- 18.1.2 Flammenlöschung an der Wand und in Spalten.- 18.2 Bildung von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK).- 18.3 Phänomenologie der Rußbildung.- 18.4 Modellierung und Simulation der Rußbildung.- 19 Literaturverzeichnis.- 20 Index.

Blurb

Das Fachbuch Technische Verbrennung vermittelt einen Überblick über die Grundlagen von Verbrennungsprozessen und trägt zu einem Verständnis ihrer Auswirkungen auf praktische Anwendungen bei. In den ersten Kapiteln finden sich die physikalisch-chemischen Grundlagen. Anhand verschiedener laminarer Flammentypen werden die Wechselwirkungen zwischen chemischer Reaktionskinetik, molekularen Transportprozessen und Strömung beschrieben. Bei der Behandlung turbulenter Verbrennungsprozesse werden aktuelle Verfahren zur Beschreibung der Kopplung zwischen chemischer Reaktion und turbulentem Strömungsfeld verwendet. Anwendungen sind das Motorklopfen und die Schadstoffbildung. Die dritte Auflage wurde im Hinblick auf die aktuelle Forschung erweitert und aktualisiert.